DE10105683C1 - Umformpresse zum Hydrodruckumformen - Google Patents

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf eine Umformpresse zum Hydrodruckumformen, mit einem Pressentisch 1, auf welchen ein mit Fluid beaufschlagbares Werkzeug 2 angeordnet ist, sowie mit Mitteln zur Zuführung und Ableitung des Fluids, dadurch gekennzeichnet, daß das Werkzeug 2 mit zumindest einer bodenseitigen Ausnehmung 3 versehen ist, welche passend zu zumindest einer Ausnehmung 4 des Pressentisches angeordnet ist, daß die Ausnehmungen 3, 4 mittels einer Dichtungseinrichtung am Übergang vom Werkzeug 2 zum Pressentisch 1 abgedichtet sind und daß die Mittel zur Zuführung und Ableitung des Fluids an dem Pressentisch 1 befestigt sind.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Umformpresse zum wirkmedienbasierten Hochdruckumformen, mit einem Pressentisch, auf welchem ein mit Fluid beaufschlagbares Werkzeug angeordnet ist, sowie mit Mitteln zur Zuführung und Ableitung des Fluids.

Umformpressen zum Hydrodruckumformen sind aus dem Stand der Technik aus unterschiedlichen Ausgestaltungsformen bekannt. Sie werden beispielsweise zum Innen- oder zum Außenhochdruckumformen verwendet.

Die bekannten Umformpressen weisen zur Zuführung und Ableitung des Druck-Fluids eine Vielzahl von Schlauch- oder Rohrverbindungen auf. Dabei hat es sich insbesondere als technisch sehr aufwendig und konstruktiv schwierig erwiesen, die benötigten großen Fluidmengen innerhalb kürzester Zeiträume zuzuführen bzw. abzuleiten. Dies ist der Grund, warum eine wirksame Verkürzung der Taktzeiten bisher kaum möglich war.

Die DE 199 52 104 A1 beschreibt eine Vorrichtung zum Umformen von Metallblech mit einem Oberwerkzeug und einem Unterwerk­ zeug. Letzeres ist als Druckkasten ausgebildet und weist eine Zugangsöffnung auf, die Teil eines Druckraums einer Kolben- Zylinder-Einheit ist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Umformpresse der eingangs genannten Art zu schaffen, welche bei einfachem Aufbau und einfacher, betriebssicherer Anwendbarkeit die Zuführung bzw. Abfuhr des benötigten Fluids in einem sehr kurzen Zeitraum gestattet, wodurch die Taktzeiten erheblich verringerbar sind und bei welcher sich der Werkzeugwechsel einfach gestaltet.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch die Merkmalskombination des Hauptanspruchs gelöst, die Unteransprüche zeigen weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung.

Erfindungsgemäß ist somit vorgesehen, daß das Werkzeug mit zumindest einer bodenseitigen Ausnehmung versehen ist, welche passend zu zumindest einer Ausnehmung des Pressen­ tisches angeordnet ist, daß die beiden Ausnehmungen mittels einer gemeinsamen, am Übergang vom Werkzeug zum Pressentisch angeordneten Dichtungseinrichtung abgedichtet sind und daß die Mittel zur Zuführung und Ableitung des Fluids an dem Pressentisch befestigt sind. Es wird auf die im Kennzeichen des Patentanspruchs angegebenen Merkmale hingewiesen.

Die erfindungsgemäße Umformpresse zeichnet, sich durch eine Reihe erheblicher Vorteile aus.

Da es erfindungsgemäß möglich ist, bodenseitig an dem Werkzeug zumindest eine Ausnehmung zur Zuführung und/oder Ableitung des Fluids vorzusehen, kann eine standardisierte Konstruktion des Werkzeugs Verwendung finden. Die oberen Bereiche des Werkzeugs müssen nicht mit speziellen An­ schlußmitteln oder ähnlichem versehen sein. Weiterhin stören keine Schläuche oder Rohrverbindungen den Arbeitsbereich der Umformpresse.

Die Mittel zur Zuführung und Ableitung des Fluids, z. B. die einzelnen Druckübersetzer bzw. Druckbegrenzer, können bevor­ zugter Weise in Baukastenform ausgebildet und angebracht werden. Sie können dabei insbesondere so ausgelegt werden, daß sie in optimaler Weise an die jeweilige Aufgabe, d. h. an das jeweilige Werkzeug und/oder das jeweilige Werkstück angepaßt sind. Es versteht sich, daß die Mittel zur Zuführung und Ableitung des Fluids zusätzlich auch ein Wasserventil sowie Mittel zum Verdrängen des Fluids beim Um­ formen umfassen.

Durch die fluchtende Zuordnung der Ausnehmung des Werkszeugs zu der zumindest einen Ausnehmung des Pressentisches ist es möglich, das Werkzeug direkt, auf den Pressentisch aufzuset­ zen. Zusätzliche Anschluß- oder Montagevorgänge können gänzlich entfallen. Die zum Werkzeugwechsel benötigte Zeit kann hierdurch ganz erheblich verkürzt werden.

In Abhängigkeit vom Einsatzzweck der erfindungsgemäßen Um­ formpresse ist es vorteilhaft, daß die Mit­ tel zur Zuführung und Ableitung des Fluids erste Mittel zur Befüllung des Werkzeugs mit einem großen Fluidvolumen bei niedrigem Druck umfassen sowie zweite Mittel zum Vorwölben eines Werkstücks mittels eines mittleren Fluidvolumens bei einem mittleren Druck sowie dritte Mittel zum Kalibrieren mittels hohen Drucks und kleinem Fluidvolumen. Die ersten, zweiten und dritten Mittel können dabei unabhängig voneinan­ der so dimensioniert werden, daß der jeweilige Arbeitsvor­ gang in einer kürzestmöglichen Zeit durchgeführt werden kann. Die Taktzeiten verringern sich somit ganz erheblich.

Dies bedeutet, daß erfindungsgemäß die Mittel zur Zuführung und Ableitung des Fluids so gestaltet sind, daß sie den jeweiligen Prozeßschritt in vorteilhafter Weise durchführen. Schritt 1 ist allgemein das Befüllen des Unterwerkzeuges mit Fluid, was gemeinhin drucklos erfolgt. Bei Schritt 2 wird Fluid mengen- oder enddruckmäßig innerhalb kürzester Zeit bei einem Max-Druck von nur einigen bar zugeführt. Dann muß das Fluid durch den eintauchenden Stempel dosiert, d. h. einem vorgegebenen Druckkurvenverlauf folgend verdrängt wer­ den. Dieser Vorgang erfolgt bis ca. 10% des Enddruckes = Kalibrierdruck. Der letzte Arbeitsschritt ist das sogenannte Kalibrieren, wo eine kleine Fluidmenge mit hohem Druck zuge­ führt werden muß.

Erfindungsgemäß erfolgt eine sichere Abdichtung zwischen dem Werkzeug und dem Pressentisch mittels der beschriebenen Dichtungseinrichtung. Diese kann auch bei sehr großen Dimen­ sionierungen der beiden Ausnehmungen in einfacher Weise realisiert werden. Demgegenüber bereiten konventionelle An­ schlüsse, die eine sehr große Nennweite aufweisen müssen und für hohe Drücke geeignet sind, entweder technisch große Probleme oder sind überhaupt nicht am Markt verfügbar.

Durch die erfindungsgemäß vorgesehene Maßnahme, die Mittel zur Zuführung und Ableitung des Fluids direkt an dem Pres­ sentisch zu befestigen, ergibt sich zum einen eine sehr kom­ pakte Bauweise der Umformpresse. Zum anderen sind keine zusätzlichen Anschlußrohre, Schläuche oder ähnliches erfor­ derlich, welche zum einen Dichtigkeitsprobleme verursachen könnten und zum anderen einen hohen Herstellungs- und Mon­ tageaufwand nach sich ziehen.

Die erfindungsgemäße Umformpresse kann somit in sehr ein­ facher Weise aufgebaut sein, ihr Betrieb ist störungsun­ empfindlich, das Werkzeug kann in einfachster Weise gewech­ selt werden.

Besonders vorteilhaft ist es, wenn die Mittel zur Zuführung und Ableitung des Fluids einstückig mit dem Pressentisch ausgebildet sind. Sie können beispielsweise direkt in den Pressentisch integriert sein oder an den Pressentisch ange­ baut werden. Beide Varianten gestatten es, den Pressentisch in üblicher Weise in die Umformpresse einzubauen. Insbeson­ dere wird die Anbringung von unteren Arbeitszylindern, welche den Pressentisch nach oben spannen, nicht beeinträch­ tigt.

Die Mittel zur Zuführung und Ableitung des Fluids umfassen in bevorzugter Weise zumindest einen Druckübersetzer, ein Fluidreservoir, ein Absperrelement und/oder einen Druckbe­ grenzer. Somit sind keine weiteren externen Betätigungsein­ richtungen oder Steuerungs- bzw. Regeleinrichtungen erfor­ derlich.

Ziel der Erfindung ist es somit, den einzelnen Prozeßschrit­ ten eine ihrer Anforderungen speziell zugeschnittene Vor­ richtung zur optimierten Aufgabenerfüllung zuzuordnen, um die Taktzeiten zu verkürzen, die Produktqualität durch angepaßte Vorrichtungen zu verbessern und die Herstel­ lungskosten zu senken.

Das Werkzeug kann erfindungsgemäß in Form eines Wasser­ kastens für das Außenhochdruckumformen ausgebildet sein. Es ist so auch möglich, ein Innenhochdruckumform-Werkzeug in der erfindungsgemäßen Umformpresse zu verwenden.

Die Dichtungseinrichtung ist bevorzugter Weise ringartig ausgebildet und im Bereich des Übergangs vom Werkzeug zum Pressentisch angeordet. Dabei liegt die Dichtungseinrichtung gegen die Innenwandung der Ausnehmung des Werkzeugs und des Pressentisches an, sie überbrückt somit den Übergangsbereich und führt zu einer sicheren Abdichtung auch bei sehr hohen Drücken. Es ist dabei besonders günstig, daß die Dich­ tungseinrichtung in einfachster Weise ausgestaltet sein kann. Sie kann aus einem elastischen Material, aus Metall, Kunststoff oder ähnlichem gefertigt sein. Da keine mecha­ nischen Belastungen auf die Dichtungseinrichtung wirken, ist es lediglich erforderlich, diese hinsichtlich ihrer Lage zu fixieren. Dies kann beispielsweise dadurch erfolgen, daß die Dichtungseinrichtung radial vorgespannt wird.

Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung der Dichtungsein­ richtung ist es möglich, diese zum Wechseln des Werkzeugs leicht zu demontieren, beispielsweise von der Werkszeugseite aus, sodaß keine aufwendigen oder komplizierten Montagear­ beiten nötig sind.

Im folgenden wird die Erfindung anhand von Ausfüh­ rungsbeispielen in Verbindung mit der Zeichnung beschrieben. Dabei zeigt:

Fig. 1 eine vereinfachte, schematische Seitenansicht des erfindungsgemäßen Bereichs einer Umform­ presse,

Fig. 2 eine vereinfachte Darstellung des hydrau­ lischen Schaltbildes der in Fig. 1 gezeigten Anordnung,

Fig. 3 eine abgewandelte Ausgestaltung eines hydrau­ lischen Schaltbildes des erfindungsgemäßen Bereichs der Umformpresse, und

Fig. 4 bis 14 vereinfachte Seiten-Schnittansichten unter­ schiedlicher Ausgestaltungsformen der Dich­ tungseinrichtung.

In den Figuren sind gleiche Teile mit gleichen Bezugsziffern versehen.

Die Fig. 1 zeigt in schematischer Seiten-Schnittansicht einen Teilbereich einer erfindungsgemäßen Umformpresse. Hierbei ist zur Verdeutlichung der Erfindung lediglich ein Teilbereich eines Unterholms 8 dargestellt, auf welchen Ar­ beits-Zylinder-Kolben Einheiten 9 aufgesetzt sind, die einen Pressentisch 10 tragen. Auf den Pressentisch 10 ist ein Werkzeug 2 aufgesetzt, welches in Form eines Wasserkastens ausgebildet ist.

Das Werkzeug 2 weist eine bodenseitige Ausnehmung 3 auf, welche zu einer Ausnehmung 4 des Pressentisches 1 fluchtend angeordnet ist.

Bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel ist auf die Darstel­ lung der Dichtungseinrichtung verzichtet worden, Beispiele von Dichtungseinrichtungen werden in Verbindung mit den Fig. 4 bis 14 beschrieben.

An dem Pressentisch 1 ist ein Rohr 10 angeflanscht, welches einen Verteiler 11 trägt, der mit dritten Mitteln 7 (Kolben- Zylinder-Einheit zum Kalibrieren) sowie mit ersten Mitteln 5 und zweiten Mitteln 6 (Kolben-Zylinder-Einheit zum Füllen bzw. Vorwölben) fest verbunden ist. Weiterhin sind Mittel 12 vorgesehen, die zum Nachfüllen des Fluids dienen.

Aus der Fig. 1 ist ersichtlich, daß sämtliche technischen Bauelemente, die zur Zuführung, Ableitung und Druckbeauf­ schlagung des Fluids benötigt werden, direkt an dem Pressen­ tisch 1 angebaut sind. Es sind keine externen unter Hochdruck stehenden Rohr-, Schlauchverbindungen oder ähnli­ ches erforderlich. Mit Hilfe des den Unterholm 8 durch­ greifenden Rohres 10 ist die Bewegung des Pressentisches 1 nicht behindert, vielmehr kann die erfindungsgemäße Aus­ gestaltung bei bereits bekannten Umformpressen eingebaut werden.

Die Fig. 2 zeigt den Hydraulikplan zu der in Fig. 1 sche­ matisch wiedergegebenen Anordnung. Bei dem Werkzeug 2 ist mit 13 ein max. Fluidstand und mit 14 ein minimaler Fluid­ stand dargestellt. Die ersten Mittel 5 und die zweiten Mit­ tel 6 zum Füllen bzw. zum Vorwölben sind in Form von Druckübersetzern ausgebildet. Gleiches gilt für die dritten Mittel 7 zum Kalibrieren. Bei den ersten Mitteln 5 zum Be­ füllen kann beispielsweise ein Volumen von 500 Litern mit ca. 5 bar in wenigen Sekunden zugeführt werden. Zum Vorwöl­ ben kann ein mittleres Fluidvolumen von beispielsweise 200 Litern mit einem Druck zwischen 0 und 10 bar eingeleitet werden. Bei den dritten Mitteln 7 zum Kalibrieren ist le­ diglich ein sehr kleines Volumen von beispielsweise 20 Litern erforderlich, welches jedoch mit einem Druck von ca. 300 bar zugeleitet wird.

Auf die weitere Beschreibung von Absperrelementen, Mehrwegeventilen, Druckbegrenzungsventilen und ähnlichem kann verzichtet werden, da diese sich aus der Darstellung der Fig. 2 zweifelsfrei ergeben. Die Fig. 3 zeigt eine geringfügig abgewandelte Ausgestaltung des hydraulischen Schaltplanes, wobei zusätzlich Tanks angegeben sind, bei­ spielsweise ein linker, reines Fluid aufnehmender Tank mit einem Volumen von 1.600 Litern, sowie ein rechter, ver­ brauchtes Fluid aufnehmender Tank mit einem Volumen von 2.400 Litern.

Die Fig. 4 bis 14 beschreiben jeweils unterschiedliche Ausgestaltungen von Dichtungseinrichtungen zwischen dem Werkzeug 2 und dem Pressentisch 1.

In Fig. 4 ist an der Trennfläche zwischen dem Pressentisch 1 und dem Werkzeug 2 eine Ringnut eingearbeitet, in welche ein elastisches-ringförmiges Dichtungselement eingelegt ist. Dieses wird durch den schematisch dargestellten Innendruck gespreizt und dichtend angelegt. Die Ausgestaltung der Fig. 5 unterscheidet sich darin, daß die Nut lediglich in dem Pressentisch 1 vorgesehen ist, während sich in dem Werkzeug 2 keine Nut befindet. Bei der Ausgestaltungsform der Fig. 6 ist in Abwandlung zu Fig. 5 vorgesehen, daß an der Trennfläche zwischen dem Pressentisch 1 und dem Werkzeug 2 Druckentlastungsriefen ausgebildet sind, die ein ver­ bessertes Anlegen der Dichtungseinrichtung ermöglichen.

Die Fig. 7 zeigt eine Ausgestaltungsform, bei welcher eine Dichtungseinrichtung mit dem Pressentisch 1 verschraubt ist, anschließend hochgeführt wird und an der Oberseite des Werkzeugs 2 gesichert wird.

Bei dem Ausgestaltungsbeispiel der Fig. 8 ist vorgesehen, ein schlauch- oder rohrförmiges Dichtungselement mit dem Pressentisch 1 zu verschrauben, durch die Ausnehmung des Werkzeugs 2 zu führen und mittels eines mit Ausnehmungen versehenen Klemmelements 16 und eines Stützelements 17 zu fixieren. Auch hier erfolgt die eigentliche Dichtwirkung durch das Anpressen des Dichtungselementes gegen den Pres­ sentisch 1 bzw. das Werkzeug 2.

In dem Ausführungsbeispiel der Fig. 9 ist ein ringförmiges Klemmelement 16 mittels einer Ring-Mutter 18 gegen das Dichtungselement vorgespannt.

Bei dem Ausführungsbeispiel der Fig. 10 erfolgt die Fixierung des druckringartigen Klemmelements 16 mittels eines Abdrückes 19. Es versteht sich, daß das Klemmelement 16 Speichen oder Streben aufweist, um seinen mittleren Bereich zu stützen.

Bei dem Ausführungsbeispiel der Fig. 11 ist eine geschlitzte Tellerfeder 20 vorgesehen, welche mittels einer ringförmigen Mutter 18 vorgespannt wird, um das Dichtungs­ element in die Nut einzulegen.

Eine weitere Variante ist in Fig. 12 dargestellt. Dort ist ein rohr- oder schlauchförmiges Dichtungselement verwendet, welches mittels Ringfederelementen 21 in entsprechende Nuten des Pressentisches 1 bzw. des Werkzeugs 2 eingedrückt wird. Zusätzlich sind Druckentlastungsriefen 15, analog dem Aus­ führungsbeispiel der Fig. 6 sowie Druckentlastungskanäle 20 vorgesehen. Eine vereinfachte Draufsichts-Darstellung des Ringfederelements 21 ist in dem rechten oberen Bereich der Fig. 12 wiedergegeben. Die Fig. 13 zeigt eine Ausgestal­ tungsvariante, bei welcher mittels einer Mutter 18 gehärtete Einsatzstücke gegen O-Ringartige Dichtungselemente gespannt werden. Auch hier kann die Montage der Dichtungseinrichtung von dem Innenraum des Werkzeugs 2 aus erfolgen.

Eine letzte Ausgestaltungsvariante zeigt die Fig. 14. Hier­ bei erfolgt eine Fixierung des Dichtungselements jeweils mittels einer Mutter 18 und eines Einsatzstücks 22. Beim Werkzeugwechsel ist es lediglich erforderlich, die obere Mutter 18 mit dem oberen Einsatzstück 22 zu entnehmen, um die Dichtungseinrichtung zu lösen.

Claims (9)

1. Umformpresse zum Hydrodruckumformen, mit einem Pressentisch (1), auf welchem ein mit Fluid beaufschlagbares Werkzeug (2) angeordnet ist sowie mit Mitteln zur Zuführung und Ableitung des Fluids, dadurch gekennzeichnet, daß das Werkzeug (2) mit zumindest einer bodenseitigen Ausnehmung (3) versehen ist, welche passend zu zumindest einer Ausnehmung (4) des Pressentisches (1) angeordnet ist, daß die Ausnehmungen (3, 4) mittels einer Dichtungseinrichtung am Übergang vom Werkzeug (2) zum Pressentisch (1) abgedichtet sind und daß die Mittel zur Zuführung und Ableitung des Fluids an dem Pressentisch (1) befestigt sind und erste Mittel (5) zur Befüllung des Werkzeugs (2) mit einem großen Fluidvolumen mit niedrigen Druck, zweite Mittel (6) zum Vorwölben eines Werkstücks mittels eines mittleren Fluidvolumens bei einem mittleren Druck, sowie dritte Mittel (7) zum Kalibrieren mittels hohem Druck und kleinem Fluidvolumen umfassen.

2. Umformpresse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel zur Zuführung und Ableitung des Fluids einstückig mit dem Pressentisch (1) ausgebildet sind.

3. Umformpresse nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel zur Zuführung und Ableitung des Fluids in den Pressentisch (1) integriert sind.

4. Umformpresse nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel zur Zuführung und Ableitung des Fluids an den Pressentisch (1) angebaut sind.

5. Umformpresse nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel zur Zuführung und Ableitung des Fluids zumindest einen Druckübersetzer, ein Fluidreservoir, ein Absperrelement und/oder einen Druckbegrenzer umfassen.

6. Umformpresse nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Werkzeug (2) in Form eines Wasserkastens für das Außenhochdruckumformen ausgebildet ist.

7. Umformpresse nach einem der Anprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Dichtungseinrichtung ringartig ausgebildet ist und im Bereich des Übergangs vom Werkzeug (2) zum Pressentisch (1) gegen die Innenwandung der Ausnehmung (3, 4) des Werkszeugs (2) und des Pressentischs (1) anliegt.

8. Umformpresse nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Dichtungseinrichtung radial vorgespannt ist.

9. Umformpresse nach einem der Anprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Dichtungseinrichtung zum Wechseln des Werkzeugs (2) demontierbar ist.